説明

液滴吐出方法および装置

【課題】液滴材料の消費を少なくしても液滴材料の安定吐出を実現する。
【解決手段】液滴を吐出するためのノズル2を有するヘッド1の吐出を長時間停止する場合、ヘッド1のノズル2を有する面を外部雰囲気から遮断するために板状キャップ4をヘッド2に圧着することにより、従来のように溶液を吸引しなくても、安定した液滴吐出が可能になる。また、ヘッド1に圧着する前に板状キャップ4を液滴材料あるいは該液滴材料を生成する溶剤に浸した後、板状キャップ4をヘッド1に圧着することにより、さらに密着信頼性が向上し、液滴材料の消費が少なくかつ液滴材料の安定吐出が可能になる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液滴吐出安定化のための液滴吐出方法および装置に関し、特にインクジェットの液滴吐出装置に適用される。
【背景技術】
【0002】
従来、民生用プリンタ,産業用印刷装置、あるいは電子光学装置用のディスプレイの製造工程などにインクジェット法が用いられている。インクジェット法は、材料を物体上に堆積する技術として用いられており、吐出ヘッドに設けられたノズルから液体材料を吐出する方法であって、スピンコート法などの他の塗布技術に比べて、液体材料の無駄な消費が少なく、物体上に直接精度よくパターニング塗布することが可能であるという利点を有する。
【0003】
さらに、インクジェット法において、液体材料として特殊なインクや感光性樹脂などの特別な材料を用いることにより、さまざまな商品分野への応用が期待されている。
【0004】
インクジェットプリンタなどの液滴吐出装置では、一般的に液滴材料として溶質を溶媒で溶かした材料が用いられている。このため運転停止時には、時間経過とともに溶媒が蒸発し、インクジェットヘッドの液滴吐出面での液滴材料の粘度が増加する。
【0005】
そして、インクジェットヘッド面上にある液滴吐出孔内での液滴材料の粘度が増加すると、液滴吐出ノズルに目詰まりが発生し、不吐出や不安定な吐出が発生する。そのため、従来からヘッドキャップを用いて、ヘッド面を覆い液滴材料を吸引するという方法が行われている。
【特許文献1】特開昭47−30337号公報
【特許文献2】特開2004−142422号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献1,2に記載されている吐出ヘッドの目詰まりを防止するためのキャップを用いた場合、液滴材料を吸引する方法であるため、この吸引により液滴材料を多量に消費してしまい、高価な液滴材料の場合にはコスト高になるという問題がある。例えば、用法によっては1ヘッドで1回当たり数十cc吸引する必要がある場合もある。特に、頻繁に吐出停止が発生した場合、吸引回数が増え、液滴材料を大量に消費してしまう。
【0007】
そのため、吸引量を少なくすることも考えられるが、長時間停止したときは、ヘッドのノズル孔にはキャップが直接接触していないため、僅かながら液滴材料の蒸発が発生し、液滴材料の粘度が上がる。そのため、目詰まりが改善されず、不吐出や不安定な吐出が発生するという問題がある。
【0008】
また、液滴材料の溶媒の化学的性質により、通常のゴム系樹脂では、膨潤が発生して吸引できないという問題が起こる。溶媒の種類によっては、現状、耐溶剤性材料がほとんど存在せず、あったとしても耐溶剤材料によっては、型などで成形困難な材料もあり、その場合には機械加工しなければならない。このため環状形状にする場合には製造コストが高くなるという問題がある。
【0009】
本発明は、前記従来の課題に鑑みなされたものであり、液滴材料の消費を少なくしても液滴材料の安定吐出を実現できる液滴吐出方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、液滴を吐出するノズルを有するヘッドを用いて液滴吐出を行う液滴吐出方法において、前記ノズルからの液滴吐出を停止する際、前記ノズルが形成される面を外部雰囲気から遮断すべく部材を前記ノズルが形成される面に圧着することを特徴とする。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の液滴吐出方法において、部材を液滴材料あるいは液滴材料を生成する溶剤に浸した後、部材をヘッドに圧着することを特徴とする。
【0012】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2記載の液滴吐出方法において、部材をヘッドに対して弾接させることを特徴とする。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3いずれか1項記載の液滴吐出方法において、ヘッドに部材を15〜80gf/cmの圧力にて圧着することを特徴とする。
【0014】
請求項5に記載の発明は、請求項1記載の液滴吐出方法において、ヘッドの変位を計測し、計測された変位をあらかじめ設定された基準変位と比較して、部材がヘッドに密着しているか否かを判断することを特徴とする。
【0015】
請求項6に記載の発明は、液滴吐出装置において、液滴を吐出するためのノズルを有するヘッドと、前記ノズルの液滴吐出を長時間停止するときに、前記ヘッドにおける前記ノズルを有する面を外部雰囲気から遮断するために前記ヘッドに圧着する部材とを備えたことを特徴とする。
【0016】
請求項7に記載の発明は、請求項6記載の液滴吐出装置において、部材をヘッドに圧着する前に、部材を浸す液滴材料あるいは液滴材料を生成する溶剤を収納する容器を備えたことを特徴とする。
【0017】
請求項8に記載の発明は、請求項6または7記載の液滴吐出装置において、部材をヘッドに圧着するための複数個の弾性部材を備えたことを特徴とする。
【0018】
請求項9に記載の発明は、請求項6〜8いずれか1項記載の液滴吐出装置において、ヘッドに圧接する部材の圧力を、15〜80gf/cmに設定したことを特徴とする。
【0019】
請求項10に記載の発明は、請求項6〜9いずれか1項記載の液滴吐出装置において、部材の形状を板状にしたことを特徴とする。
【0020】
請求項11に記載の発明は、請求項6〜9いずれか1項記載の液滴吐出装置において、部材をチューブから構成したことを特徴とする。
【0021】
請求項12に記載の発明は、請求項6〜11いずれか1項記載の液滴吐出装置において、部材の材料として、吐出する液体材料に対して耐腐食性を有する樹脂材料を用いたことを特徴とする。
【0022】
請求項13に記載の発明は、請求項6記載の液滴吐出装置において、ヘッドに部材が密着しているか否かを確認するために、ヘッドの内部に組み込まれた圧電素子の変位を計測する手段と、計測された変位をあらかじめ設定された基準変位と比較して圧着制御する手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、長時間停止した場合でも、液滴材料の消費をすることなく、液滴材料の安定吐出を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0025】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1を説明するための液滴吐出装置におけるインクジェットのヘッドとキャップの構成を示す断面図である。
【0026】
図1に示すように、ヘッド1には液滴を吐出する複数のノズル2が設けられている。ステンレスからなる圧接台3上に耐溶剤性の材料からなる板状キャップ4が載置固定されている。圧接台3は、ステンレスからなる支柱5により圧接板6に上下動可能に支えられ、弾性部材であるバネ7によりヘッド1方向に付勢されている。支柱5を支持する圧接板6は回転可能に設置されている。また、後述するように板状キャップ4上を乾燥させないため、ヘッド1に併設して液滴材料あるいは該液滴材料を生成する溶媒8で満たされた容器9が設けられている。
【0027】
溶媒8は自動的に供給装置(図示せず)によって供給される。本例では、溶媒8として沸点175℃のメトキシトルエン(CHOCCH)を使用した。板状キャップ4には耐溶剤性の材料として、フッ素系材料であるカルレッツ(kalrez:登録商標,デュポン社製)を用いた。
【0028】
次に、実施の形態1における動作について説明する。なお、図1において、吐出位置とは液滴を吐出するための位置であり、停止位置とは液滴吐出を長期間停止する位置である。
【0029】
長時間液滴吐出を停止する場合、液滴吐出を停止したヘッド1は、吐出位置から停止位置に移動する。圧接板6は、停止位置に移動した後、回転駆動され、これにより板状キャップ4が、反転かつ下降して容器9内の溶媒8に浸される。図2に板状キャップ4を溶媒8に浸した状態を示す。
【0030】
板状キャップ4が溶媒8に浸されると、圧接板6が、逆転駆動されてヘッド1方向に向き、かつ上昇することにより、板状キャップ4がヘッド1を加圧する。このとき、バネ7は2箇所で圧接台3を介して板状キャップ4を付勢するため、板状キャップ4がヘッド1のノズル2を均等に加圧することになる。ヘッド1のノズル2面には、液滴吐出を安定に吐出するために撥水処理がなされている。この撥水処理面(図示せず)を板状キャップ4が均等に加圧することにより、ヘッド1のノズル2付近の撥水処理面を損傷することがなく、よって、吐出時には安定した吐出が可能となる。
【0031】
本例においてヘッド1のノズル2面に加圧する圧力は、圧力25gf/cm相当で加圧した。実際には実験した結果より、15gf/cm未満でなければ板状キャップ4が完全密着するという結果が得られている。前記圧力の上限は、加圧後に板状キャップ4にあいてノズル孔の形状が残らない程度の圧力80gf/cm以下が適当な値と考えられる。加圧後に板状キャップ4にノズル孔の形状が残る場合、密着は完全であり信頼性は向上するが、繰り返し使用頻度を考えると消耗品としての交換頻度が増加し、コストアップとなるからである。
【0032】
以上のようにヘッド1のノズル2を、板状キャップ4で完全に外気と遮断した状態で安定吐出の評価を実施した結果、密着した状態で72時間停止してから再び板状キャップ4をヘッド1から離し、吐出位置に移動してから30kHzの吐出周期で吐出しても、安定な液滴吐出を得ることができた。
【0033】
以上に説明したように、ヘッド1のノズル2を板状キャップ4で完全密着することにより、従来のように液滴を吸引しないでも安定した液滴吐出を実現でき、そのため、液滴の無駄な消費量も抑えることができる。また、キャップ形状が板状であるため安価な装置にすることが可能となる。
【0034】
(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2を説明するための液滴吐出装置におけるインクジェットのヘッドとキャップの構成を示す断面図である。
【0035】
図3はヘッド11を短手側から見た断面図であって、ヘッド11の構成は実施の形態1と同様なものであり、液滴を吐出する複数のノズル12が設けられている。ステンレスからなる圧接台13上に耐溶剤性の材料からなるチューブ14が載置固定されている。圧接台13は、圧接板16に支持され、液滴材料を生成する溶媒15を溜める容器の機能を有している。溶媒15は、自動的に供給装置(図示せず)によって供給される。
【0036】
溶媒15として沸点175℃のメトキシトルエン(CHOCCH)を使用した。チューブ14には耐溶剤性の材料として、フッ素系材料のチューブを用いた。通常のゴム系チューブでは膨潤してしまい、フッ素系材料が良好であるという結果が得られた。圧接板16は加圧機構を有して圧接台13を加圧する。
【0037】
図4はヘッド11を長手側の側面から見た断面図であって、チューブ14の一端部の孔部に、チューブ14を回転させる回転軸17が挿入固定されている。回転軸17の設置側とは反対側のチューブ14には、エアー供給装置(図示せず)によってエアーが供給されている。回転軸17には樹脂材料(シリコン)を用いた。回転軸17は、回転駆動装置18により回転駆動され、回転軸17の回転は半回転のみとし、例えば、時計方向に半回転したら、次回転は反時計回りに半回転するようにしている。
【0038】
次に、実施の形態2における動作について説明する。なお、図3において、吐出位置とは液滴を吐出するための位置であり、停止位置とは液滴吐出を長期間停止する位置である。
【0039】
長時間液滴吐出を停止する場合、液滴吐出を停止したヘッド11は、吐出位置から停止位置に移動する。停止位置に移動した後、チューブ14は半回転駆動され、溶媒15に浸した面がヘッド11面の方向に向き、チューブ14にはエアーが供給される。
【0040】
圧接板16が上昇して圧接台13をヘッド11側方向に加圧し、チューブ14を介して間接的にヘッド11を加圧する。チューブ14で加圧するため、ヘッド11のノズル12を均等に加圧することになる。ヘッド11のノズル12面には、液滴吐出を安定に吐出するために、撥水処理がなされている。この撥水処理面(図示せず)を均等に加圧することにより、ヘッド11のノズル12付近の撥水処理面を損傷することがなく、よって、長期間使用しても安定した吐出が可能となる。
【0041】
本例においてヘッド加圧する圧力は、ヘッド11面に対して圧力20gf/cm相当となるように加圧した。
【0042】
以上のようにヘッド11のノズル12を、チューブ14で完全に外気と遮断した状態で安定吐出の評価を実施した結果、密着した状態で72時間停止してから再びチューブ14をヘッド11から離し、吐出位置に移動してから30kHzの吐出周期で吐出しても、安定な液滴吐出を得ることができた。
【0043】
以上に説明したように、ヘッド11のノズル12をチューブ14で完全密着することにより、従来のように液滴を吸引しないでも安定した液滴吐出を実現できる。そのため、液滴の無駄な消費量も抑えることができる。また、キャップ形状がチューブであるため、安価な装置にすることが可能となる。
【0044】
(実施の形態3)
図5は本発明の実施の形態3を説明するための液滴吐出装置の概略構成図であって、実施の形態3は、基本的に実施の形態1と同様の構成のインクジェットのヘッドとキャップからなり、インクジェットのヘッドとキャップが完全密着しているか否かを計測して評価するシステムになっている。
【0045】
図5に示すように、実施の形態1にて説明したように、ヘッド1には液滴を吐出する複数のノズル2が設けられている。ステンレスからなる圧接台3上に耐溶剤性の材料からなる板状キャップ4が載置固定されている。圧接台3は、ステンレスからなる支柱5で圧接板6に対して上下動可能に支えられ、弾性部材であるバネ7によりヘッド1方向に加圧されている。支柱5を支持する圧接板6は回転可能に設置されている。また、後述するように板状キャップ4上を乾燥させないため、ヘッド1に併設して液滴材料あるいは該液滴材料を生成する溶媒8で満たされた容器9が設けられている。
【0046】
溶媒8は自動的に供給装置(図示せず)によって供給される。本例では、溶媒8として沸点175℃のメトキシトルエン(CHOCCH)を使用した。板状キャップ4には耐溶剤性の材料として、フッ素系材料であるカルレッツ(kalrez)(登録商標:デュポン社)を用いている。
【0047】
実施の形態3において、ヘッド1には、液滴を吐出するための機構である圧電素子21が設けられている。圧電素子21は電圧の印加により振動し、その振動が振動板22に伝達して、この振動板22の動きによって液滴がノズル2から吐出されるようになっている。
【0048】
また、圧電素子21の設置部に対してレーザ発光・受光装置23が設置され、レーザ発光・受光装置23はレーザ光をヘッド1内の圧電素子21へ照射し圧電素子21からの反射光を受光する。さらに、ドップラー変位測定装置24により圧電素子21の変位を計測する。ドップラー変位測定装置24からの信号はオシロスコープ25に送られる。オシロスコープ25には、圧電素子21を駆動する信号のタイミング信号も入力され、駆動タイミングの信号と圧電素子21の変位信号から実際の圧電素子21の駆動する波形を表すことができる。そして、実際に圧電素子21の変位から求めた波形と圧電素子21に入力した駆動波形との差をデータ処理装置26により評価する。
【0049】
図6(a)はヘッド1から液滴が吐出している場合の圧電素子21の変位から求めた駆動波形を示す図、図6(b)は板状キャップ4がヘッド1に密着し液滴が吐出していない場合の圧電素子21の変位から求めた駆動波形を示す図である。
【0050】
吐出している場合は、図6(a)に示すように、波形は急峻な振動が観測されるが、液滴が吐出していない場合は、図6(b)に示すように、圧電素子21に入力した電圧の駆動波形と同じ形状となり、振動が観測されない。
【0051】
次に、実施の形態3における動作について説明する。
【0052】
長時間液滴吐出を停止する場合、液滴吐出を停止したヘッド1は、吐出位置から停止位置に移動する。圧接板6は、停止位置に移動した後、回転駆動され、これにより板状キャップ4が、反転かつ下降して容器9内の溶媒8に浸される。
【0053】
板状キャップ4が溶媒8に浸されると、圧接板6が、逆転駆動されてヘッド1方向に向き、かつ上昇することにより、板状キャップ4がヘッド1を加圧する。このとき、バネ7は2箇所で圧接台3を介して板状キャップ4を付勢するため、板状キャップ4がヘッド1のノズル2を均等に加圧することになる。ヘッド1のノズル2面には、液滴吐出を安定に吐出するために撥水処理がなされている。この撥水処理面(図示せず)を板状キャップ4が均等に加圧することにより、ヘッド1のノズル2付近の撥水処理面を損傷することがなく、吐出時に安定した吐出が可能となる。ヘッド1のノズル2面に加圧する圧力は、圧力25gf/cm相当で加圧した。
【0054】
板状キャップ4をヘッド1に圧着した段階で、レーザ発光・受光発光装置23でレーザ光をヘッド1内の圧電素子21へ照射すると共に反射光を受光し、かつドップラー変位測定装置24で圧電素子21の変位を測定し、オシロスコープ25に変位信号を入力する。同時に、吐出波形生成装置(図示せず)と吐出波形増幅器(図示せず)から入力された実際の圧電素子21を駆動するための駆動波形信号もオシロスコープ25に入力される。
【0055】
そして、駆動波形の変位を示した駆動波形と実際に入力した駆動波形とのそれぞれの信号がデータ処理装置26に入力され、2つの駆動波形の差に基づいて板状キャップ4が確実に密着しているか否かを判断する。完全密着していないと判断された場合は、再度、加圧動作を行い、同じようにデータ処理装置26において駆動波形を観測する。これを完全密着されたと判断されるまで繰り返す圧着制御を行う。あるいは、完全密着していないと判断された場合に警告ブザー(図示せず)などで報知する。
【0056】
以上に説明したように、ヘッド1内の圧電素子21の変位を測定し、その変位波形をヘッド1に板状キャップ4が完全密着している場合の基準波形(基準変位)と比較することにより、完全密着しているか否かを判断することが可能となり、より信頼性の高い安定な液滴吐出を得ることができる。これにより従来のように液滴を吸引しないでも、安定した液滴吐出を実現できるため、液滴の無駄な消費量を抑えることができる。
【0057】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態1〜3に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【0058】
例えば、ヘッド1,11は、前記実施の形態では1個のヘッドでの例を示したが、複数個並んで配設されている場合も、個々にそれぞれ板状キャップ4やチューブ14で圧着すれば同様の効果を得ることができる。
【0059】
より完全密着の信頼性を向上するため板状キャップ4,チューブ14を、溶媒8,15で浸してからヘッド1,14と完全密着するようにしたが、完全密着する構造のものであれば、必ずしも溶媒8,15に浸さなくてもよい。
【0060】
また、板状キャップ4の材質としてカルレッツ(kalrez:登録商標)を使用し、チューブ14の材質としてフッ素系チューブを使用したが、他のシリコン系などの耐溶剤性の材質のものであれば使用できる。
【0061】
板状キャップ4を加圧するために、2個のバネ7で加圧した例を示したが、多数のバネで加圧すれば、より均等に加圧することができる。
【0062】
実施の形態2において、ヘッド11のノズル12面を均等に加圧するため、チューブ14にエアーを供給して加圧した例を示したが、エアーを供給していなくても、チューブ14の構造によっては、その弾性のみで同様の密着性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【0063】
本発明は、有機溶剤を用いた溶液の塗布として、民生用や産業用の印刷としてだけではなく、特に、高機能で高価なインクを用いるディスプレイや半導体などの製造工程に使用される液滴塗布用インクジェットヘッドとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】本発明の実施の形態1を説明するための液滴吐出装置におけるインクジェットのヘッドとキャップの構成を示す断面図
【図2】実施の形態1において板状キャップを溶媒に浸した状態を示す図
【図3】本発明の実施の形態2を説明するための液滴吐出装置におけるインクジェットのヘッドとキャップの構成を示す断面図
【図4】実施の形態2においてヘッドを長手側の側面から見た断面図
【図5】本発明の実施の形態3を説明するための液滴吐出装置の概略構成図
【図6】(a)は実施の形態3においてヘッドから液滴が吐出している場合の圧電素子の変位から求めた駆動波形を示す図、(b)は板状キャップがヘッドに密着し液滴が吐出していない場合の圧電素子の変位から求めた駆動波形を示す図
【符号の説明】
【0065】
1,11 ヘッド
2,12 ノズル
3,13 圧接台
4 板状キャップ
5 支柱
6,16 圧接板
7 バネ
8,15 溶媒
9 容器
14 チューブ
21 圧電素子
22 振動板
23 レーザ受光発光装置
24 ドップラー変位計測装置
26 データ処理装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液滴を吐出するノズルを有するヘッドを用いて液滴吐出を行う液滴吐出方法において、前記ノズルからの液滴吐出を停止する際、前記ノズルが形成される面を外部雰囲気から遮断すべく部材を前記ノズルが形成される面に圧着することを特徴とする液滴吐出方法。
【請求項2】
前記部材を液滴材料あるいは液滴材料を生成する溶剤に浸した後、前記部材を前記ヘッドに圧着することを特徴とする請求項1記載の液滴吐出方法。
【請求項3】
前記部材を前記ヘッドに対して弾接させることを特徴とする請求項1または2記載の液滴吐出方法。
【請求項4】
前記ヘッドに前記部材を15〜80gf/cmの圧力にて圧着することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の液滴吐出方法。
【請求項5】
前記ヘッドの変位を計測し、前記計測された変位をあらかじめ設定された基準変位と比較して、前記部材が前記ヘッドに密着しているか否かを判断することを特徴とする請求項1記載の液滴吐出方法。
【請求項6】
液滴を吐出するためのノズルを有するヘッドと、前記ノズルの液滴吐出を長時間停止するときに、前記ヘッドにおける前記ノズルを有する面を外部雰囲気から遮断するために前記ヘッドに圧着する部材とを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項7】
前記部材を前記ヘッドに圧着する前に、前記部材を浸す液滴材料あるいは液滴材料を生成する溶剤を収納する容器を備えたことを特徴とする請求項6記載の液滴吐出装置。
【請求項8】
前記部材を前記ヘッドに圧着するための複数個の弾性部材を備えたことを特徴とする請求項6または7記載の液滴吐出装置。
【請求項9】
前記ヘッドに圧接する前記部材の圧力を、15〜80gf/cmに設定したことを特徴とする請求項6〜8いずれか1項記載の液滴吐出装置。
【請求項10】
前記部材の形状を板状にしたことを特徴とする請求項6〜9いずれか1項記載の液滴吐出装置。
【請求項11】
前記部材をチューブから構成したことを特徴とする請求項6〜9いずれか1項記載の液滴吐出装置。
【請求項12】
前記部材の材料として、吐出する液体材料に対して耐腐食性を有する樹脂材料を用いたことを特徴とする請求項6〜11いずれか1項記載の液滴吐出装置。
【請求項13】
前記ヘッドに前記部材が密着しているか否かを確認するために、前記ヘッドの内部に組み込まれた圧電素子の変位を計測する手段と、前記計測された変位をあらかじめ設定された基準変位と比較して圧着制御する手段とを備えたことを特徴とする請求項6記載の液滴吐出装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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